Von Murmeltieren über Maulwurfsratten bis hin zu Marmosetten - die Untersuchung vieler Gene in vielen Tieren ist der Schlüssel zum Verständnis, wie Menschen länger leben können

Ein Großteil der Forschung zu Langlebigkeit und Alterung konzentriert sich auf die Untersuchung extrem langlebiger Arten, darunter Fledermäuse, Nacktmullen und Grönlandwale, um genetische Veränderungen zu finden, die zu einem langen Leben beitragen.

Diese Arbeiten haben jedoch zu sehr artspezifischen genetischen Veränderungen geführt, die nicht auf andere Arten, einschließlich des Menschen, übertragbar sind. Als Doktorand habe ich immer mehr Beweise untersucht, darunter auch neuere Arbeiten aus den Labors meiner Betreuer(Maria Chikina und Nathan Clark), die die Hypothese unterstützen, dass die Lebensspanne ein komplexes und stark kontextabhängiges Merkmal ist, das ein Umdenken der Biologen in Bezug auf das Altern erfordert.

Das Alter: Das menschliche Problem

Altern ist der Prozess, bei dem die Wahrscheinlichkeit des Todes zunimmt, je länger ein Organismus am Leben ist. Bei Säugetieren ist das Altern durch mehrere molekulare Veränderungen gekennzeichnet, darunter der Abbau der DNA, ein Mangel an Stammzellen und schlecht funktionierende Proteine.

Es gibt zahlreiche Theorien zur Erklärung des Alterns, die sich in zwei Kategorien einteilen lassen. die "Abnutzungs"-Theorien gehen davon aus, dass sich wesentliche Prozesse mit der Zeit einfach abnutzen. Die Theorien des "programmierten Todes" hingegen gehen davon aus, dass bestimmte Gene oder Prozesse die Alterung steuern sollen.

Die traditionellen Definitionen und Alterungstheorien sind auf den Menschen ausgerichtet, und wenn wir das Altern aus einer speziesübergreifenden Perspektive betrachten, wird deutlich, dass das menschliche Altern einzigartig ist. In der Tat gibt es bei Tieren keine typische Art zu altern.

Der Mensch weist eine niedrige Sterblichkeitsrate auf, bis die Sterblichkeit im hohen Alter, etwa mit 80 Jahren, stark ansteigt. Bei den meisten Säugetieren ist der Anstieg der Sterblichkeit mit dem Alter relativ gering, und die Sterblichkeit ist über die gesamte Lebensspanne hinweg gleichmäßiger. Bei einigen Säugetieren, wie z. B. der Tundramaus und dem Gelbbauchmurmeltier, ist praktisch kein Anstieg der Sterblichkeit mit dem Alter zu verzeichnen. Mit anderen Worten: Ältere Individuen sterben genauso wahrscheinlich wie jüngere, möglicherweise weil das Altern keinen Einfluss auf das Überleben hat.

Die derzeitigen Alterungstheorien können nicht die gesamte Komplexität des Alterns bei allen Säugetieren erklären, ganz zu schweigen vom Baum des Lebens. Diese Vielfalt verdeutlicht nicht nur die Komplexität des Alterns und der Langlebigkeit, sondern erschwert auch die Anwendung von Erkenntnissen über eine Art, um die Lebensspanne einer anderen zu verlängern.

Ein Grönlandwal, auch bekannt als Grönlandwal, kann 75 bis 100 Tonnen wiegen.Shutterstock

Ein Übermaß an "Langlebigkeitsgenen

Studien an außergewöhnlich langlebigen Arten haben eine Fülle von so genannten Langlebigkeitsgenen hervorgebracht. Eines dieser Gene, das Rezeptor-Gen für den insulinähnlichen Wachstumsfaktor 1 (IGF1), fördert das Zellwachstum. IGF1 wurde ursprünglich mit der Langlebigkeit von Fledermäusen in Verbindung gebracht und erhöht auch die Lebensspanne von Würmern und Mäusen. Beim Menschen könnte IGF1 jedoch die gegenteilige Wirkung haben, da zu viel IGF1 altersbedingte Krankheiten wie Diabetes und Krebs verstärken kann.

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Ein weiteres potenzielles Langlebigkeitsgen, das ERCC1-Gen, produziert ein Protein, das bei der DNA-Reparatur hilft. Der Grönlandwal, mit 211 Jahren das langlebigste Säugetier, weist eine Mutation im ERCC1-Gen auf, die möglicherweise zur außergewöhnlich langen Lebensdauer dieser Art beiträgt. Elefanten haben 19 Kopien des TP53-Gens, eines wichtigen Gens zur Krebsvorbeugung, aber wenn man Mäusen auch nur ein zusätzliches TP53-Gen hinzufügt , beschleunigt sich die Alterung, weil sich die Stammzellen langsamer regenerieren.

Langlebigkeitsgene können sogar innerhalb einer einzigen Art uneinheitlich sein. Studien, die nach genetischen Veränderungen suchen, die bei Menschen mit langer Lebensdauer üblich sind und bei Menschen mit kürzerer Lebensdauer nicht vorkommen, haben kein Hauptgen für Langlebigkeit ergeben. Die entdeckten Gene sind in den verschiedenen Studien weitgehend uneinheitlich und hängen stark von der Teilpopulation der untersuchten Menschen und der genauen Definition von "außergewöhnlich langlebig" ab

Wie können wir also Langlebigkeitsgene finden?

Meine jüngste Arbeit unterstreicht das Argument, dass Alternsforscher nicht nach einzelnen Langlebigkeitsgenen suchen sollten. Stattdessen sollten Biologen nach vielen Genen mit ähnlichen Funktionen suchen, die gemeinsam die Langlebigkeit steuern. Außerdem sollte sich eine effektive Suche nicht nur auf eine einzige Art konzentrieren, sondern auf viele, um artenspezifische Elemente zu vermeiden.

Im Rahmen einer Forschungsstudie habe ich die Genome von 61 Säugetieren untersucht, um Gene aufzuspüren, die sich parallel zur Evolution der extremen Lebensspanne entwickelt haben, und so Veränderungen aufzudecken, die mit der Langlebigkeit zusammenhängen und für alle Säugetiere gelten. Auf der Ebene der Gene habe ich nur wenige Gene für Langlebigkeit gefunden, was angesichts früherer Arbeiten durchaus sinnvoll ist. Es gibt wahrscheinlich kein einziges Gen in allen Säugetieren, das die Lebensspanne reguliert.

Wenn ich jedoch das Gesamtbild betrachte und Gruppen von Genen in Betracht ziehe, die zusammenarbeiten, um eine ähnliche Funktion zu erfüllen, finde ich einen starken Zusammenhang zwischen Langlebigkeit und Wegen, die mit der Kontrolle von Krebs zusammenhängen. Beispiele für solche Gruppen von Genen sind solche, die an der Regulierung des Zellzyklus und des programmierten Zelltods beteiligt sind, sowie Wege für die Immunfunktion und die DNA-Reparatur. Alle diese Funktionen wurden bereits in einer Vielzahl von Studien mit der Regulierung der Lebensspanne in Verbindung gebracht.

Meine Arbeit unterstreicht die Bedeutung einer neuen Perspektive auf Altern und Langlebigkeit.

Spezies-spezifische und humangenomweite Assoziationsstudien weisen Einschränkungen auf, die durch eine breitere Analyse, sowohl in Bezug auf die untersuchten genomischen Elemente als auch auf die betrachteten Spezies, verbessert werden können. Anstatt nach einem einzigen Gen in einer einzigen Spezies zu suchen, das für eine erhöhte Lebenserwartung verantwortlich ist, kann die Ausweitung der Suche auf viele Gene in vielen Spezies neue Erkenntnisse bringen.

Ein modifizierter genomweiter Ansatz, bei dem Informationen über funktionelle Beziehungen zwischen Genen verwendet werden, fand eine Assoziation zwischen dem menschlichen IGF1-Signalweg und Langlebigkeit, die sich auf neun Gene verteilt - ein Schlüsselbeispiel für die Ausweitung der Suche nach der Genetik der Lebensspanne über einzelne Gene hinaus.

In ähnlicher Weise haben vergleichende Studien wie meine, die genetische Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen langlebigen Arten untersuchen, wiederholt gezeigt, dass sie in der Lage sind, mit der Langlebigkeit zusammenhängende genetische Veränderungen zu entdecken, die sich über viele Gene erstrecken und von vielen Arten geteilt werden.

Auch wenn es vielleicht keinen sprichwörtlichen genetischen "Jungbrunnen" gibt - eine einzige genetische Veränderung, die uns auf magische Weise länger leben lässt -, verbessern Wissenschaftler wie ich ständig unsere Strategien zur Erforschung der Langlebigkeit, damit wir eines Tages alle länger und gesünder leben können.

Amanda Kowalczyk, Postdoc-Forscherin, Universität von Pittsburgh

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative-Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.